Стволовые клетки — биологические предшественники¶

Стволовые клетки — это недифференцированные клетки организма, способные к самовоспроизведению и превращению в клетки других типов. В отличие от специализированных клеток (мышечных, нервных, эритроцитов), стволовые клетки сохраняют «молодость»: они могут делиться неограниченно или очень долго и при этом порождать как новые стволовые клетки, так и клетки с определённой специализацией. Благодаря этому они выполняют роль «строительного материала» для роста, регенерации и обновления тканей.

¶Происхождение термина

Понятие «стволовая клетка» ввёл в 1908 году русский гистолог Александр Максимов на Первом съезде русских естествоиспытателей и врачей в Санкт-Петербурге. Он предположил, что все клетки крови происходят от единого предшественника — «кроветворной стволовой клетки». Эта гипотеза позже подтвердилась: в 1961 году Джеймс Тилл и Эрнест Маккаллох экспериментально доказали существование кроветворных стволовых клеток у мышей.

¶Типы стволовых клеток

Стволовые клетки классифицируют по нескольким признакам.

По способности к дифференцировке:

• Тотипотентные — способны превратиться в клетки любых тканей организма (например, клетки ранней бластоцисты).
• Плюрипотентные — дают начало почти всем типам клеток, но не внезародышевым тканям (плаценте). К ним относятся эмбриональные стволовые клетки.
• Мультипотентные — ограничены одной группой тканей (кроветворные стволовые клетки образуют все типы клеток крови, но не нейроны).
• Олигопотентные и унипотентные — узкая специализация (например, стволовые клетки эпителия кожи).

По происхождению:

• Эмбриональные — получают из внутренней клеточной массы бластоцисты (5–7 дней после оплодотворения). Обладают наибольшей потенцией, но их использование сопряжено с этическими спорами, поскольку добыча требует разрушения эмбриона.
• Фетальные — из тканей плода (например, пуповинной крови).
• Соматические (взрослые) — присутствуют в организме человека на протяжении всей жизни в костном мозге, коже, кишечнике, печени и других органах. Потенция у них уже, но этических ограничений меньше.
• Индуктированные плюрипотентные (iPS-клетки) — получены в 2006 году японским учёным Синъя Яманакой: взрослые клетки «перепрограммировали» обратно в плюрипотентное состояние с помощью набора факторов. За это открытие Яманака и Джон Гёрдон в 2012 году получили Нобелевскую премию по физиологии или медицине.

¶Где находятся взрослые стволовые клетки

В организме взрослого человека стволовые клетки сосредоточены в так называемых «нишах» — микроокружениях, поддерживающих их в неактивном состоянии. Основные источники:

• Костный мозг — кроветворные и мезенхимальные стволовые клетки (последние образуют кости, хрящи, жировую ткань).
• Кожа — стволовые клетки волосяных фолликулов и эпидермиса обеспечивают регенерацию кожи.
• Кишечник — эпителий обновляется каждые 3–5 дней за счёт стволовых клеток крипт.
• Печень — гепатоциты-предшественники активизируются при повреждении.
• Мозг — нейрогенез во взрослом мозге (зубчатая извилина гиппокампа) остаётся дискуссионным вопросом.

¶Применение в медицине

Первым успешным применением стволовых клеток стала трансплантация костного мозга при лейкозах и апластической анемии — с 1950-х годов. Сегодня перечень показаний расширен:

• Гематология — пересадка кроветворных стволовых клеток при более чем 80 заболеваниях крови и иммунной системы.
• Ожоги и повреждения кожи — культивированные стволовые клетки кожи используются для лечения обширных ожогов.
• Офтальмология — трансплантация стволовых клеток пигментного эпителия сетчатки при возрастной макулярной дегенерации.
• Хирургия сердца — исследования по восстановлению миокарда после инфаркта (эффективность пока остаётся предметом клинических испытаний).
• Диабет 1 типа — попытки восстановить бета-клетки поджелудочной железы.

В России трансплантация стволовых клеток костного мозга проводится в федеральных центрах (НМИЦ гематологии, детские онкоцентры). Донорство пуповинной крови организовано в нескольких банках, включая крупнейший в России «Русский донорский банк пуповинной крови».

¶Этические и правовые вопросы

Использование эмбриональных стволовых клеток вызывает этические возражения, поскольку добыча клеток предполагает гибель эмбриона. В ряде стран (Германия, Италия) подобные исследования законодательно ограничены. В России исследование эмбриональных стволовых клеток разрешено, но клонирование человека запрещено федеральным законом «О запрете клонирования человека» (2002). Коммерческие клиники, предлагающие «терапию стволовыми клетками» без доказанной эффективности, неоднократно подвергались критике со стороны научного сообщества: в 2014 году Американское общество клеточной терапии предупредило о рисках опухолей и инфекций при непроверенных процедурах.

¶Основные направления исследований

Современная наука работает над несколькими задачами: точное управление дифференцировкой iPS-клеток в нужный тип, создание «органоидов» — миниатюрных органов, выращенных из стволовых клеток для тестирования лекарств, и генная коррекция стволовых клеток при наследственных заболеваниях (серповидноклеточная анемия, бета-талассемия). В 2023 году в Японии начались первые клинические испытания iPS-клеточной терапии при болезни Паркинсона.

Источники:

• Максимов А. А. «Лекции о физиологии и патологии кроветворных органов» (1909)
• Till J. E., McCulloch E. A. «A direct measurement of the radiation sensitivity of normal mouse bone marrow cells» (1961)
• Yamanaka S. «Induced pluripotent stem cells: past, present, and future» (2012)
• Лекции и обзоры НМИЦ гематологии РФ
• Alberts B. et al. Molecular Biology of the Cell (2015)